Menu1

Publikacje

Inhibitory biosyntezy chityny

Wprowadzenie
    Spośród licznych substancji szkodliwych dla organizmów żywych (biocydów) pestycydy zajmują pozycję szczególną. Świadome wprowadzanie ich do środowiska rolniczego w celu przywrócenia równowagi naruszonej nadmiernym występowaniem chwastów, szkodników i chorób roślin powoduje, że pestycydy same stają się czynnikiem destabilizacji biocenoz, niejednokrotnie na terenach bardzo odległych od miejsca ich zastosowania.
    Publiczną krytykę chemicznych środków ochrony roślin zapoczątkowała Rachel Carlson w swojej głośnej książce „Silent spring” („Milcząca wiosna”) wydanej w 1962 roku. Przedstawiła ona mroczną wizję opustoszałego świata, w którym zwierzęta zostały zabite przez insektycydy (chodziło o DDT).
    Tak się nie stało, ale od tego czasu zwrócono baczną uwagę na szkodliwe oddziaływanie środków ochrony roślin na środowisko i zaczęto poszukiwać nowych substancji, coraz mniej toksycznych w stosunku do organizmów nie będących celem zabiegu (=selektywnych), a wysoce toksycznych dla gatunków zwalczanych (=skutecznych w niskich dawkach). W chwili obecnej w Polsce, podobnie jak i w innych krajach cywilizowanych, zanim środek ochrony roślin zostanie dopuszczony do obrotu i stosowania przechodzi cały szereg długotrwałych i kosztownych badań, które mają na celu zabezpieczenie człowieka i środowiska przed ich szkodliwym wpływem (zainteresowanego czytelnika odsyłam do źródeł – patrz akty prawne na końcu artykułu).
   Największe kontrowersje budzą zoocydy, ze względu na obiekty zwalczania (zoo = zwierzę, caedo = niszczyć, zabijać). Obecnie dominują preparaty oparte na substancjach działających na układ nerwowy (neurotoksyny). Pewną alternatywą w zwalczaniu roślinożernych owadów i roztoczy są inhibitory biosyntezy chityny (IBCh), odgrywające coraz to większą rolę w ochronie roślin, ale nie tylko. Próbuje się je wykorzystywać także w higienie sanitarnej i weterynaryjnej (zwalczanie np. komarów, much, karaczanów). Istnieją również antybiotyki z grupy polioksyn, hamujące biosyntezę chityny u grzybów i stosowane m.in. w Japonii jako fungicydy (środki grzybobójcze)przeciwko chorobom roślin.
   Ponieważ przy omawianiu IBCh w różnych publikacjach mówi się zazwyczaj tylko o zoocydach, zapominając o polioksynach, w artykule niniejszym postanowiłem je krótko scharakteryzować pomimo ograniczonego zastosowania. Zanim jednak przejdę do tej grupy substancji, przedstawię kilka ogólnych informacji o zoocydach i samej chitynie. Generacje zoocydów
    Zoocydy są to substancje stosowane przez człowieka do zwalczania szkodliwych organizmów zwierzęcych. Pod pojęciem zwalczanie należy rozumieć nie tylko bezpośrednie uśmiercenie tych organizmów, ale także ich odstraszenie, regulację rozrodczości, rozwoju i zachowania się (behawioru), osłabienie żerowania i inne efekty,  prowadzące do ograniczenia szkód przez nie powodowanych. Szkody te mogą mieć charakter gospodarczy i przyrodniczy (roślinożercy i wektory chorób roślin i zwierząt) oraz zdrowotny (pasożyty i wektory chorób człowieka). W związku z tym mówi się o stosowaniu ich w ochronie roślin, jak również w higienie sanitarnej i weterynaryjnej.
    Ze względu na grupy zwalczanych zwierząt zoocydy przyjęło się dzielić na:     Warto dodać, że najliczniejszą i najważniejszą grupę taksonomiczną zwierząt wśród organizmów szkodliwych stanowią roślinożerne stawonogi Arthropoda (owady Insecta i roztocza Acarida).
    Inną klasyfikacją zoocydów jest podział na generacje, czyli niejako chronologicznie odkrywane grupy różniące się zasadniczo mechanizmem działania na organizm.
    Pierwsza generacja zoocydów właściwie ma już tylko znaczenie historyczne. Były to trucizny o niespecyficznym działaniu, oparte głównie na nieorganicznych związkach arsenu, ołowiu, baru i fluoru, a także nitrowane węglowodory (4,6-dinitro-o-krezolan sodu) i wyciągi roślinne stosowane do połowy ubiegłego wieku. W Polsce wszystkie te pestycydy są wycofane z obrotu, natomiast w innych częściach świata jeszcze się je sporadycznie stosuje.
    Druga (najliczniejsza) generacja zoocydów to substancje organiczne pochodzenia syntetycznego i rzadziej naturalnego o sprecyzowanym działaniu toksycznym związanym z silnym upośledzeniem określonego układu, głównie nerwowego, oddechowego czy krwionośnego. Odznaczają się najczęściej szybką reakcją (np. paraliżem), prowadzącą w rezultacie do śmierci zwalczanego organizmu. Efekty widoczne są nawet po kilkunastu minutach od aplikacji związków działających na układ nerwowy (a takich jest najwięcej). Do II generacji zoocydów zalicza się również wolniej działające bioinsektycydy (oparte na chorobotwórczych mikroorganizmach), antykoagulanty gryzoniobójcze i inne mniej liczne podgrupy. Obecnie są najczęściej stosowanymi zoocydami w ochronie roślin i higienie sanitarnej i weterynaryjnej.
    Do trzeciej generacji zalicza się substancje zaburzające rozwój, metamorfozę (przeobrażenie) i zachowanie się stawonogów. Są to m.in. analogi hormonów, inhibitory biosyntezy chityny, feromony, antyfidanty (substancje „zniechęcające”) i atraktanty (substancje zwabiające). W ochronie roślin przed szkodnikami zastosowanie znalazły feromony (o których pisze na stronach ChemFana prof. A. Kołodziejczyk w artykule „Feromony”) w postaci dyspenserów (urządzeń dozujących) w pułapkach, mających raczej znaczenie w sygnalizacji pojawiania się szkodnika niż jako efektywne pułapki ograniczające liczebność poniżej progu zagrożenia (obecnie w Polsce na urzędowej liście widnieje 14 takich dyspenserów). W zwalczaniu szkodników większe znaczenie mają jednak inhibitory biosyntezy chityny (IBCh). Analogi hormonów owadzich mają mniejsze zastosowanie i to głównie w higienie. Przykładem jest metopren używany do ograniczania populacji larw komarów w wodach stojących oraz owadów społecznych np. mrówek faraona, termitów (dostępne są u nas przynęty zawierające metopren np. Faratox).
    Warto jeszcze wspomnieć o czwartej generacji zoocydów. Są to antyhormony, które również powodują śmierć owada wskutek zaburzeń w metamorfozie. Takie substancje wykryto m.in. w roślinach (prekoceny w żeniszku Ageratum haustonianum). Nie znalazły jednak jak na razie zastosowania z różnych względów.
 

O pestycydach słów kilka

      Określenie pestycyd pochodzi od łacińskich słów: pestis = morowe powietrze oraz caedo = niszczę,  zabijam (ang. pest = plaga, szkodnik). Służą więc do „zwalczania plag” nawiedzających pola uprawne oraz zwierzęta hodowlane (i człowieka). W ten sposób można dosłownie przetłumaczyć słowo „pestycyd”. Tymi plagami są organizmy szkodliwe z gospodarczego (i zdrowotnego) punktu widzenia, bowiem ekolog powie, że żaden organizm nie jest szkodliwy w przyrodzie. Każdy jest potrzebny, nawet ten wyrządzający znaczne szkody ekonomiczne. Celem stosowania pestycydów jest więc ograniczanie strat w plonie roślin uprawnych (w tym także lasów), poprawienie jego jakości oraz zahamowanie rozprzestrzeniania się chorób ludzi i zwierząt, a nie całkowite zniszczenie określonego gatunku. Straty te powodowane są zarówno poprzez żerowanie na roślinach zwierząt (fitofagów), rozwój mikroorganizmów chorobotwórczych dla roślin jak i konkurencyjne sąsiedztwo roślin dzikich (chwastów). Zwalczanie ich (w szerokim rozumieniu) jest celem dziedziny nauki i techniki zwanej ochroną roślin. Natomiast zwalczaniem zwierząt (głównie owadów i gryzoni), które są wektorami („roznosicielami”) czynników chorobotwórczych dla ludzi i zwierząt hodowlanych (np. szczury, komary malaryczne, muchy) bądź też są uciążliwe dla człowieka i zwierząt (np. komar widliszek nie przenoszący chorób), zajmuje się higiena sanitarna i weterynaryjna. Największe ilości pestycydów stosuje się jednak w ochronie roślin i wtedy nazywa się je środkami ochrony roślin. Nie są to synonimy, ponieważ nie wszystkie pestycydy są środkami ochrony roślin i odwrotnie. Dla przykładu żywych organizmów wykorzystywanych w ochronie roślin nie zalicza się do pestycydów, a insektycydy stosowane w higienie rzecz jasna nie są środkami ochrony roślin, pomimo że mogą zawierać te same substancje biologicznie czynne. Z reguły jeżeli mówi się o pestycydach, ma się na myśli substancję biologicznie czynną preparatu a nie sam preparat handlowy. Natomiast środki ochrony roślin oprócz substancji biologicznie czynnej zawierają:
  • rozpuszczalniki (takie jak: ksylen, woda) lub nośniki (np. kaolin)
  • substancje wspomagające tzw. adiuwanty (łac. adiuvo = wspomagać) – przeważnie są to substancje powierzchniowo czynne, emulgatory, synergetyki itp. dodawane w celu poprawy właściwości fizykochemicznych cieczy użytkowej i modyfikacji aktywności biologicznej preparatu.
   Ze względu na rodzaj zwalczanych organizmów pestycydy dzielą się na:
  1. Zoocydy (stosowane przeciwko szkodliwym organizmom zwierzęcym)
  2. Fungicydy (stosowane przeciwko grzybom chorobotwórczym dla roślin)
  3. Bakteriocydy (stosowane przeciwko bakteriom chorobotwórczym dla roślin)
  4. Herbicydy (środki chwastobójcze)
   Zoocydy stosuje się zarówno w ochronie roślin jak i higienie sanitarnej, fungicydy i bakteriocydy w zasadzie tylko w ochronie roślin, a herbicydy są stosowane na polach uprawnych, a także do niszczenia niepożądanej roślinności na terenach nie użytkowanych rolniczo (np. torach kolejowych, poboczach dróg, placach przemysłowych, boiskach).
   Istnieją także pestycydy o szerszym działaniu. Dla przykładu większość bakteriocydów jest jednocześnie fungicydami np. Cu(OH)2, czy też fumiganty (środki do gazowania, odkażania gleby) jak: dazomet lub bromek metylu (bromometan) mają działanie totalne tzn. są aktywne wobec zwierząt, mikroorganizmów oraz roślin. Do chemicznych środków ochrony roślin zalicza się poza tym regulatory wzrostu i rozwoju roślin, które w ścisłym znaczeniu nie są pestycydami, chociaż czasami się je do nich zalicza. Nie powodują one śmierci (caedo) zwalczanego organizmu (pestis), a jedynie w określony sposób regulują procesy biologiczne u roślin np. przyśpieszają dojrzewanie owoców i nasion, „skracają” pędy, usuwają zbędną ilość kwiatów na drzewach owocowych, polepszają zdrowotność roślin itp. Podlegają jednak takim samym procedurom rejestracyjnym, co inne środki ochrony roślin.
   Pod względem chemicznym pestycydy są niezwykle zróżnicowaną grupą substancji. Przyjęło się je systematyzować w zależności od budowy „dominującego” fragmentu cząsteczki. Jest to dość umowna klasyfikacja i niejednokrotnie różni autorzy ten sam związek chemiczny zaliczają do różnych grup. Pomimo tego typu rozbieżności, dla większości pestycydów uzgodniono jednolitą klasyfikację. Wśród zoocydów wyróżnić można kilkanaście głównych grup chemicznych. Tyleż jest także fungicydów, a najbardziej zróżnicowanymi pestycydami są herbicydy, do których zalicza się już kilkadziesiąt grup chemicznych (polecam przy okazji odwiedzić stronę Komitetu ds. Odporności Roślin na Herbicydy i obejrzeć poster przedstawiający klasyfikację herbicydów).
   Z pestycydami wiąże się wiele nadziei, ale także niebezpieczeństw. Rzeczą zrozumiałą jest, że jeżeli wprowadzi się do środowiska określoną substancję w celu ograniczenia lub wyeliminowania organizmu szkodliwego, nie obędzie się bez skutków ubocznych. Należy pamiętać, że pestycydy są jedyną – obok broni chemicznej – grupą ksenobiotyków (substancji obcych w środowisku), które celowo wprowadza się do środowiska w określonym celu. Temat pestycydów (szczególnie zagrożeń płynących z ich strony), a także tego, co się robi w celu zminimalizowania efektów ubocznych związanych z ich stosowaniem, jest bardzo obszerny i kontrowersyjny, a zarazem ciekawy. Pozostawiam go na osobny artykuł i dyskusję, oczywiście na liście dyskusyjnej ChemFan.

Chityna
    Chityna jest długołańcuchowym, strukturalnym polisacharydem zbudowanym z reszt N-acetylo-D-glukozaminy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Jest więc pochodną celulozy i budową cząsteczek ją przypomina, z tą różnicą, że zamiast grupy –OH przy drugim węglu reszty glukopirazonowej jest grupa N-acetyloaminowa CH3CO-NH–  (rys.1).
    Chityna jest zasadniczym składnikiem kutikuli (oskórka, zewnętrznego szkieletu) stawonogów. U skorupiaków Crustacea (które należą do stawonogów) zewnętrzny szkielet zwany jest także pancerzem. Środkowa i wewnętrzna warstwa oskórka owadów (tzw. prokutikula) ma budowę blaszkowatą, zawiera białka, pigmenty, polifenole, woski, sole nieorganiczne i chitynę, która stanowi niejednokrotnie ponad 60 % suchej masy szkieletu.

Porównanie budowy cząsteczek chityny i celulozy – fragmenty struktury.

Rys. 1.  Porównanie budowy cząsteczek chityny i celulozy – fragmenty struktury. (wg Kączkowskiego 1987)

Biosynteza chityny
    We wstępnym etapie glukoza (Glc) ulega fosforylacji do glukozo-6-fosforanu [Glc-6-P], a następnie izomeryzacji do fruktozo-6-fosforanu [Fru-6-P] (przemiany te są powiązane z glikolizą i cyklem pentozofosforanów). Następnie grupa aminowa –NH2 zostaje przeniesiona z glutaminianu [Glu] na Fru-6-P (transaminacja), w wyniku czego powstaje glukozamino-6-fosforan [glukozamino-6-P]. Kolejne etapy polegają na zacetylowaniu grupy aminowej glukozamino-6-P przy udziale acetylokoenzymu A [acetylo-CoA], izomeryzacji powstałego N-acetyloglukozamino-6-fosforanu [NAG-6-P] do NAG-1-P i fosforylacji tego ostatniego przy udziale urydyno-5’-trifosforanu [UTP] do urydyno-5’-difosforanu-N-acetyloglukozaminy [UDP-NAG], który stanowi dawcę monomeru łańcucha chityny (rys. 2).

Prekursor chityny, urydyno-5’-difosforan-N-acetyloglukozaminy UDP-NAG.

Rys. 2. Prekursor chityny, urydyno-5’-difosforan-N-acetyloglukozaminy UDP-NAG. (wg Corbett’a i in. 1984)

    Ostatni etap polega już tylko na polikondensacji UDP-NAG w łańcuch chityny (z wydzieleniem UDP), co katalizuje syntetaza chitynowa (EC 2.4.1.16 chityno-UDP-N-acetyloglukozaminylotransferaza). Jak wynika ze schematu, ostateczny produkt (chityna) powstaje w wyniku kondensacji wysokoenergetycznych cząsteczek UDP-NAG, a nie - jak to by się mogło wydawać - z samych cząsteczek NAG (rys. 3).

Uproszczony schemat biosyntezy chityny – wyjaśnienia symboli w tekście powyżej.

Rys. 3. Uproszczony schemat biosyntezy chityny – wyjaśnienia symboli w tekście powyżej. (oprac. własne wg Corbett’a i wsp. 1984 oraz Kączkowskiego 1987 )

Inhibitory biosyntezy chityny (IBCh)
            Jak już wspomniałem, chityna występuje głównie u grzybów i stawonogów. Znane są także dwa rodzaje IBCh różniące się organizmami, wobec których są aktywne:

  1.  IBCh o działaniu fungicydów (przeciwgrzybowym)
  2.  IBCh o działaniu zoocydów (owado- i roztoczobójcze).

    Inhibitory biosyntezy chityny jako fungicydy znane są od lat sześćdziesiatych (1966), kiedy to wykryto w produktach fermentacji promieniowców Streptomyces cacaoi var. asoensis nową grupę antybiotyków: polioksyny (nie mylić z polimyksynami i polinoksyliną stosowanymi w medycynie – są to zupełnie inne związki, tylko nazwy mają bardzo podobne). Szybko się okazało, że wykazują one silne działanie przeciwgrzybowe (fungicydalne). Hamują biosyntezę chityny poprzez kompetycyjną inhibicję syntetazy chitynowej w ostatnim etapie tego szlaku metabolicznego. Oznacza to, że polioksyny „współzawodniczą” z substratem (UDP-NAG) o miejsce w centrum aktywnym enzymu. Związane jest to z podobieństwem budowy polioksyn do prekursora chityny UDP-NAG (porównaj rys. 2 i 4).

Antybiotyki z grupy inhibitorów biosyntezy chityny – polioksyna B i D.

Rys. 4. Antybiotyki z grupy inhibitorów biosyntezy chityny – polioksyna B i D. (wg The Pesticide Manual… 2000)

    Potraktowane tymi antybiotykami hodowle niektórych gatunków grzybów w nowo tworzących się komórkach nie wytwarzają ściany komórkowej, dlatego znalazły zastosowanie w otrzymywaniu protoplastów grzybów (wykorzystywanie – jako metoda badawcza w mykologii). Antybiotyki te nie znalazły zastosowania w medycynie, lecz są szeroko stosowane w Japonii w ochronie wielu gatunków roślin jako fungicydy o działaniu systemicznym (czyli migrujących po całej roślinie) dzięki dobrej rozpuszczalności w wodzie. Wykazują szerokie spektrum działania przeciwgrzybowego. Zwalczają tak uciążliwe grzyby jak z rodzaju Botrytis, Alternaria, Rhizoctonia, a są przy tym praktycznie nieszkodliwe dla człowieka i środowiska. Dawka śmiertelna (doustna) LD50 polioksyny B dla szczurów i myszy wynosi aż 21 000 – 27 300 mg/kg masy ciała, a polioksyny D >9 600 mg/kg m.c. Stężenie śmiertelne LC50 dla ryb i dla rozwielitek Daphnia pulex > 40 mg/l (oba związki). Są to wartości bardzo duże, zbliżone lub większe niż prostych związków organicznych, które „spożywamy” na co dzień jak: kwas octowy (LD50=3 300 mg/kg m.c.), kwas cytrynowy (LD50=3 000 mg/kg m.c.), chlorek sodu (LD50 = 3 000 mg/kg m.c.), czy też sacharoza (LD50=29 700 mg/kg m.c.). W związku z tym zalicza się je do najmniej toksycznych fungicydów. Pewnym ograniczeniem ich przydatności jest mała trwałość w roztworach wodnych - okres półtrwania polioksyny D w roztworze o pH=5,5 (24 ºC) wynosi zaledwie 4 godziny(!). Prawdopodobnie ze względu na małą trwałość nie znalazły zastosowania w medycynie. W Polsce nie są zarejestrowane jako środki ochrony roślin. A szkoda.

    Inhibitory biosyntezy chityny jako zoocydy całkiem przypadkowo odkryto w latach siedemdziesiątych (1972r.) w laboratoriach firmy Philips-Duphar B.V. Prowadzono wtedy badania nad pochodnymi herbicydów (środków chwastobójczych): dichlobenilu i fenuronu (rys. 5).

Dichlobenil i fenuron – herbicydy, od których wszystko się zaczęło.

Rys. 5. Dichlobenil i fenuron – herbicydy, od których wszystko się zaczęło. (wg The Pesticide Manual… 2000)

    Stwierdzono, że ich pochodne benzylomocznikowe (rys. 6) powodują śmierć testowanych larw owadów po kilku dniach od zastosowania, a zupełnie nie działają na osobniki dorosłe. Był to efekt zupełnie nowy, wcześniej nie obserwowany wśród znanych wówczas insektycydów. Wszystkie dotychczasowe środki owadobójcze (neurotoksyny) działały bardzo szybko i to niezależnie czy to była larwa czy osobnik dorosły (imago). A tu coś nowego! Pojawiła się nowa szansa dla chemicznej ochrony roślin, tak w tych czasach krytykowanej. Właściwość ta (nieaktywność wobec imago) okazała się bardzo pozytywną cechą, ponieważ liczne szkodniki roślin największą żarłoczność wykazują w stadium larwalnym. Niektóre z nich (np. motyle Lepidoptera) są szkodnikami tylko w tym stadium. Poza tym pochodne benzylomocznikowe charakteryzują się słabą przenikalnością przez oskórek, przez co działają niemal wyłącznie żołądkowo. Oznacza to, że larwa zatruwa się tylko po spożyciu potraktowanej rośliny. Cechy te sprawiły, że zoocydy te są stosunkowo bezpieczne dla stawonogów nieroślinożernych, czyli pożytecznych (drapieżców, parazytoidów, zapylaczy i innych). Dodatkową cechą użytkową tych związków jest działanie jajobójcze (owitoksyczne, owicydalne). Niestety ma to swoje plusy i minusy. Oprócz jaj owadów i roztoczy szkodliwych mogą zniszczyć jaja stawonogów pożytecznych. Poza tym mogą w pewnych ilościach dostawać się do organizmu samicy i zmniejszyć przeżywalność zarodków w jajach przez nią później złożonych; dlatego użyłem frazy „stosunkowo bezpieczne”. Pomimo tych niewielkich skutków ubocznych, są to jedne z najbezpieczniejszych zoocydów jakie dotychczas wynaleziono. Są przeważnie mało toksyczne dla ssaków, ptaków, ryb, dżdżownic i glonów. Mankamentem ich jest wysoka toksyczność dla skorupiaków. Stężenie śmiertelne dla rozwielitek Daphnia sp. LC50(EC50) mieści się w granicach 0,1-200 μg/l. Zgodnie z polskimi przepisami środki ochrony roślin, których ten wskaźnik wynosi <1000 μg/l zalicza się do „środków toksycznych dla rozwielitek klasy I”. Dlatego należy się wystrzegać stosowania tych zoocydów w pobliżu zbiorników wodnych lub też w samych zbiorkach (np. do zwalczania larw komarów). Dotyczy to również innych pestycydów, ponieważ niewiele jest takich, które są mało szkodliwe dla organizmów wodnych. Wysoka toksyczność IBCh dla skorupiaków związana jest z przynależnością taksonomiczną, a przez to podobieństwem szlaku biosyntezy chityny do tego, jaki występuje u owadów. Jak wiemy, zarówno owady jak i skorupiaki należą do typu stawonogów.

Wzór ogólny zoocydów benzylomocznikowych.

Rys. 6. Wzór ogólny zoocydów benzylomocznikowych (opracowanie własne na podstawie struktur znanych obecnie związków z tej grupy)

    O ile w przypadku polioksyn hamowanie biosyntezy chityny wiązało się z inhibicją syntetazy chitynowej, o tyle w odniesieniu do zoocydów benzylomocznikowych mechanizm jest znacznie bardziej złożony i nie do końca wyjaśniony. Nie działają one hamująco na komórki grzybów. Przypuszcza się, że główną rolę odgrywają w metabolizmie hormonu wylinkowego ekdyzonu, który reguluje proces metamorfozy, w tym także biosyntezę chityny. Wspomniałem, że zoocydy te nie wpływają na przeżywalność osobników dorosłych. Dlaczego? Otóż, wiąże się to z biologią stawonogów, które przechodzą kilka stadiów rozwojowych (najczęściej: jajo, larwa, poczwarka, imago). U owadów (i innych stawonogów) szkielet zewnętrzny (kutikula) jest tworem martwym, więc nie ma zdolności rozrastania się. Aby organizm mógł rosnąć musi zrzucić stary, „za ciasny” oskórek (tzw. wylinkę) i wytworzyć sobie nowy, którego zasadniczym składnikiem jest chityna. Owady dorosłe nie rosną, więc nie syntetyzują chityny i dlatego IBCh nie działają na nie.
    Tak na marginesie. Herbicyd dichlobenil, od którego wszystko się zaczęło, jest inhibitorem biosyntezy celulozy u roślin. Czy ma to jakiś związek z inhibicją biosyntezy chityny zoocydów benzylomocznikowych? To pytanie pozostawiam bez jednoznacznej odpowiedzi. Wydaje się, że jest to raczej przypadkowe podobieństwo.
    Pierwszym insektycydem z grupy pochodnych benzylomocznika (zwanych czasami acylomocznikowymi) był diflubenzuron (rys. 7), wprowadzony na rynek w 1975 r. przez firmę Philips Duphar B.V. (obecnie Uniroyal Chemical, USA) w preparacie pod nazwą Dimilin. Preparat ten jest do dziś stosowany na całym świecie, w tym także w Polsce. Podobnie jak inne z tej grupy, jest zalecany szczególnie w integrowanych programach ochrony roślin i do zwalczania szkodników leśnych. W niektórych krajach stosuje się diflubenzuron w higienie sanitarnej i weterynaryjnej (zwalczanie larw much, pcheł i komarów). Zwalczanie larw komarów w zbiornikach wodnych budzi pewien niepokój, ponieważ może to spowodować zniszczenie zooplanktonu w większości wrażliwego na te zoocydy.
    W chwili obecnej znanych jest dziesięć pochodnych benzylomocznikowych, a lista z pewnością nie jest zamknięta (rys. 7). Wszystkie są substancjami stałymi (temperatura topnienia >200 ºC) o bardzo małej prężności par, trudno rozpuszczalnymi w wodzie (<0,08 mg/l), a dobrze – w rozpuszczalnikach organicznych. W 1984 r. wprowadzono do obrotu i stosowania drugi insektycyd z tej grupy teflubenzuron. Znalazł zastosowanie w ochronie roślin oraz w akcjach zwalczania komarów. Używany jest także przeciwko larwom much i pasożytów łososia (co jest pewnym nowum). W Polsce stosowany jest od 1992 r. pod nazwą Nomolt. Heksaflumuron stosowany w ochronie roślin od 1987 r., a do zwalczania termitów od 1995 r. Wymienione insektycydy działają skutecznie wyłącznie na owady. Do pochodnych benzylomocznika aktywnych zarówno wobec larw (i jaj) owadów jak i roztoczy należą: flufenoksuron, flucykloksuron i lufenuron. Odgrywają one istotną rolę w zwalczaniu roślinożernych roztoczy, zwłaszcza w sadach i w uprawach pod osłonami, gdzie bardzo ważne jest stosowanie selektywnych środków, nie szkodliwych dla roztoczy drapieżnych (pożytecznych). Są także znaczącym elementem ograniczania powstawania odporności roztoczy na akarycydy. Dotyczy to również owadów i to nie tylko w tych uprawach. Lufenuron jest stosowany poza tym przeciwko pasożytom zewnętrznym naszych domowych pupilków. Najnowszym insektycydem z tej grupy jest novaluron, zastosowany po raz pierwszy w 1996 r. W Polsce zarejestrowany w 2000 r. Wszystkie siedem wymienionych zoocydów (inektycydów i inektycydo-akarycydów) dopuszczone są do obrotu i stosowania w Polsce (w ochronie roślin). Poza nimi znane są jeszcze chlorfluazuron (zastosowanie: ochrona roślin), triflumuron (ochrona roślin i higiena – pchły, wszy, karaczany) i fluazuron (zwalczanie pasożyta bydła Boophilus microplus).

Zoocydy benzylomocznikowe – w nawiasie podano nazwy handlowe zarejestrowanych w Polsce preparatów.

Rys. 7. Zoocydy benzylomocznikowe – w nawiasie podano nazwy handlowe zarejestrowanych w Polsce preparatów (wg The Pesticide Manual... 2000 oraz Zaleceń ochrony... 2002)

    Oprócz zoocydów benzylomocznikowych znane są jeszcze inne, które hamują biosyntezę chityny, a przez to przeobrażenia owadów i roztoczy. Należą do nich: buprofezyna i cyromazyna (rys. 8). Pierwsza z nich wykazuje działanie owadobójcze i roztoczobójcze i to zarówno po ekspozycji żołądkowej jak i kontaktowej. Jest prawdopodobnie inhibitorem biosyntezy chityny i prostaglandyn. Druga substancja działa także żołądkowo i kontaktowo na larwy owadów (głównie muchówek Diptera). W przeciwieństwie do zoocydów benzylomocznikowych, cyromazyna ma działanie systemiczne, tzn. po zastosowaniu na fragment rośliny przemieszcza się do innej części np. po podlaniu roztworem, z korzeni ulega dystrybucji do liści. Ma ograniczone zastosowanie (ochrona roślin ozdobnych i pieczarek). Obie substancje są mało szkodliwe dla ssaków, ptaków, ryb, pszczół, glonów i dżdżownic. Są także mało toksyczne dla skorupiaków, co odróżnia je od pochodnych benzylomocznika.

Buprofezyna i cyromazyna – przedstawiciele IBCh z innych grup chemicznych.

Rys. 8. Buprofezyna i cyromazyna – przedstawiciele IBCh z innych grup chemicznych (wg Goszczyńskiego 1993)

Podsumowanie
    Zoocydy z grupy inhibitorów biosyntezy chityny spełniają szereg wymagań stawianych nowoczesnym preparatom przeznaczonym do ochrony roślin oraz zdrowia ludzi i zwierząt. Charakteryzują się niską toksycznością dla kręgowców, dżdżownic, glonów wodnych i większości entomofauny pożytecznej. Przy tym posiadają krótki okres zalegania w glebie, wysoką aktywność przeciwko larwom szkodliwych stawonogów (w niskich dawkach) oraz długi okres działania na opryskanych roślinach. Działają wyłącznie na młodociane stadia rozwojowe, nie wpływając na osobniki dorosłe. Powyższe właściwości powodują, że IBCh odznaczają się wysoką selektywnością, działając toksycznie głównie na roślinożerne owady i roztocza. Stanowią istotny element integrowanych programów ochrony roślin rolniczych i ogrodniczych i są wręcz niezbędne w ochronie drzewostanów. W tym ostatnim przypadku niemal całkowicie wyparły nieselektywne insektycydy fosforoorganiczne i pyretroidy (syntetyczne pochodne naturalnych pyretryn występujących w niektórych gatunkach roślin z rodzaju Chrysanthemum, będących estrami kwasu chryzantemowego, czyli kwasu 2,2-dimetylo-3-(2-metylo-1-propenylo)-cyklopropanokarboksylowego). Obecnie do ochrony lasów, borów i puszcz zaleca się w pierwszym rzędzie stosowanie biopreparatów opartych na bakterii Bacillus thuringiensis i inektycydów benzylomocznikowych. Pomimo tych niewątpliwych zalet, nie zastąpią one całkowicie zoocydów II-generacji z dwóch zasadniczych powodów:

    Inhibitory biosyntezy chityny powinny być jednak stosowane wszędzie tam, gdzie jest możliwe zastąpienie nimi innych, mniej selektywnych i (lub) bardziej toksycznych zoocydów. Są doskonałym przykładem rozwoju wiedzy i postępu technicznego w przemyśle fitofarmaceutycznym w kierunku zachowywania równowagi biologicznej w biocenozach.

            Na zakończenie mała uwaga dotycząca nazewnictwa. W artykule niniejszym trzymałem się bezwzględnie określenia „biosynteza chityny”, ponieważ słowo „synteza” może na pierwszy „rzut oka” sugerować czysto chemiczną syntezę, a przecież nie o to tu chodzi. Pomimo tego często w literaturze polskiej spotyka się określenie „inhibitory syntezy chityny”. Która forma jest bardziej poprawna? Jest to sprawą dyskusyjną. W każdym bądź razie biochemicy raczej używają słowa „biosynteza”.

Kazimierz Warmiński
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa
Katedra Ochrony Powietrza i Toksykologii Środowiska
pl. Łódzki 2, 10-723 Olsztyn
tel. (0-89) 523 35 60, tel./fax. 523 45 94
 kazet@uwm.edu.pl

Literatura

  1. Adomas J. (2001). Skuteczność preparatu Dimilin 480 SC (diflubenzuron) w zwalczaniu brudnicy mniszki (Lymantria monacha L.). Biuletyn Naukowy, 12: 33-46.
  2. Bakuniak E., Kroczyński J., Malinowski H. (1988). Postepy chemii w produkcji zoocydów skutecznych i bezpiecznych dla środowiska. Materiały XXVIII Sesji Naukowej IOR, Poznań. Cz. I: 39-62.
  3. Banaszkiewicz T. (2001). Ochrona roślin a ekologia. Biuletyn Naukowy, 12: 7-12.
  4. Boczek J. (1995). Nauka o szkodnikach roślin uprawnych. Wyd. SGGW, Warszawa.
  5. Corbett J.R., Wright K., Baillie A.C. (1984). The Biochemical Mode of Action of Pesticides. Second edition. Academic Press, London.
  6. Godlewska A. (2002). Ekotoksykologiczna ocena pestycydów stosowanych w ochronie roślin i higienie sanitarnej. Praca magisterska, UWM w Olsztynie.
  7. Goszczyński W. (1993). Zoocydy w ochronie roślin. Wyd. SGGW, Warszawa.
  8. Kączkowski J. (1987). Biochemia roślin. Tom 1. PWN Warszawa.
  9. Malinowski H., Głowacka B. (1992). Inhibitory biosyntezy chityny jako insektycydy do zwalczania szkodliwych owadów leśnych. Materiały XXXII Sesji Naukowej IOR, Poznań. Cz. I: 116-127.
  10. Olszak R.W. (2002). Stan obecny i perspektywy wykorzystania insektycydów „proekologicznych” w ochronie roślin sadowniczych. Ochrona Roślin, 7: 12-14.
  11. The Pesticide Manual. A World Compendium. (2000). Twelfth edition. British Crop Protection Council, Brighton.
  12. Warmiński K., Pykało I., Murawa D. (2000). Klasyfikacja toksykologiczna środków ochrony roślin a ich szkodliwość dla środowiska. Konferencja Naukowa “Środki ochrony roślin – środowisko, żywność, zdrowie człowieka”, Olsztyn 16-17 listopada 2000r. (Streszczenia): 85-86.
  13. Wellinga K., Mulder R., van Daalen J.J. (1973a). Synthesis and laboratory evaluation of 1-(2,6-disubstituted benzoyl)-3-phenylureas, a new class of insecticides.  I. 1-(2,6-dichlobenzoyl)-3-phenylureas.  J. Agic. Food Chem. 21: 348-354.
  14. Wellinga K., Mulder R., van Daalen J.J. (1973b). Synthesis and laboratory evaluation of 1-(2,6-disubstituted benzoyl)-3-phenylureas, a new class of insecticides.  II. Influence of the acyl moiety on insecticidaly activity.  J. Agic. Food Chem. 21: 993-998.
  15. Zalecenia ochrony roślin na lata 2002/03. (2002). Opracowanie pod red. Stefana Pruszyńskiego. Instytut Ochrony Roślin w Poznaniu.

Wybrane akty prawne

  1. Ustawa o ochronie roślin uprawnych z dnia 12 lipca 1995. (Dz.U. Nr 90, poz. 446; z późniejszymi zmianami – Dz.U. z 2001 r. Nr 22, poz. 248).
  2. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 12 marca 1996 r. w sprawie szczegółowych zasad wydawania zezwoleń na dopuszczanie środków ochrony roślin do obrotu i stosowania (Dz.U.  Nr 48, poz. 212).
  3. Dyrektywa Uni Europejskiej 91/414/EEC. (1991). pp.67 + aneksy pp.22.
  4. Wykaz środków ochrony roślin dopuszczonych do obrotu i stosowania decyzjami wydanymi do dnia 28 maja 2002 r. Załącznik do Obwieszczenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 28 maja 2002 r. (2002). Ochrona Roślin, 4: 2-68.

Polecam także artykuły:

OPINIE***UWAGI***PYTANIA?
– napisz:  kazimierz.warminski@uwm.edu.pl lub porozmawiajmy na liście dyskusyjnej ChemFan.

Praca wpłynęła do Chemfana: 12-09-2002

Menu2